Galassie nane come laboratori per studiare la materia oscura

Due ricercatori italiani fanno il punto della situazione

Un'immagine ottica della galassia sferoidale nana Sculptor (a sinistra) insieme a un'illustrazione del segnale di raggi gamma che potrebbe derivare dall'annientamento della materia oscura all'interno della galassia (a destra). (Giuseppe Donatiello. Immagine a destra: NASA/DOE/Fermi LAT)

Anche le riviste accademiche propongono articoli divulgativi, ma a qualche gradino più alto perché rivolti a un pubblico di specialisti. Spesso sono numeri speciali, altre volte raccolte di articoli che descrivono aspetti particolari di un tema più ampio.

A quest’ultima tipologia appartiene una serie di articoli che Nature Astronomny sta dedicando al tema caldo delle galassie nane, le più piccole nel nostro Universo. Questi articoli non annunciano nuove scoperte come nei canonici paper, bensì fanno il punto della situazione descrivendo lo stato di conoscenza in uno specifico argomento.

L’ultimo di tali articoli, vede come autori paritetici Giuseppina Battaglia e Carlo Nipoti, rispettivamente in forze all’Instituto de Astrofísica de Canarias e dell’Università della Laguna, e Università di Bologna. Lo studio descrive i risultati più recenti ottenuti nella ricerca della materia oscura in galassie nane del Gruppo Locale.

Dominate dalla materia oscura

Sappiamo che la maggioranza delle galassie risiede al centro di aloni formati di materia oscura, una sostanza che non emette né assorbe radiazioni elettromagnetiche di natura sconosciuta. Le galassie nane ne contengono in proporzione tanta rispetto alle galassie maggiori. In particolare, la classe delle galassie nane ultradeboli è la categoria di oggetti che meglio si presta allo studio perché carente di materia ordinaria ma abbondante di oscura. Che tale misteriosa materia ci sia è indubbio e lo comprendiamo anche intuitivamente. Questi oggetti contengono pochissime stelle: come hanno fatto a rimanere aggregate dopo un tempo comparabile all’età dell’Universo? Con tutta evidenza, c’è qualcosa che funge da collante e le tiene unite, impedendone la disgregazione.

Non solo, ma se consideriamo il quadro standard della gravità e della dinamica newtoniana, la cinematica delle stelle e del gas nelle galassie nane, rivela che la maggior parte di questi sistemi è completamente dominata dai loro aloni di materia oscura. Non essendo state mai identificate particelle di materia oscura nei laboratori terrestri, le galassie nane diventano i migliori ambienti astrofisici in cui studiarne le proprietà e gli aloni.

La dinamica stellare per mappare

I due ricercatori esaminano in particolare le proprietà delle galassie nane del Gruppo Locale, esattamente dal punto di vista della dinamica stellare e l’uso di tali movimenti per dedurre la quantità di materia oscura e la sua distribuzione. Dopo aver descritto la cinematica osservata delle loro componenti stellari e aver fornito una panoramica delle tecniche di modellazione dinamica, esaminano il contenuto di materia oscura e la distribuzione, come dedotto dalla combinazione di dati osservati e modelli dinamici.

Dato quanto sono vicine a noi le galassie nane del Gruppo Locale, sono tra i migliori sistemi in cui cercare firme indirette della presenza di materia oscura dall’annichilazione o dal decadimento“, afferma Battaglia. “Ma la definizione delle proprietà degli aloni di materia oscura nelle galassie nane è importante non solo per studiare la natura della materia oscura, ma anche per avanzare nella nostra comprensione della formazione e dell’evoluzione delle galassie“.

Oggetti antichissimi

Le galassie nane sono anche le più numerose e le prime a essersi formate, perciò sono pure laboratori chiave per mettere alla prova teorie e rispondere alle domande dell’astrofisica contemporanea.  

In particolare, nelle galassie nane, la massa nella materia oscura può essere da decine a migliaia di volte quella della materia luminosa.

È importante sottolineare che, secondo il modello cosmologico standard, le galassie si formano in modo bottom-up, cioè prima si formano le galassie piccole, mentre quelle grandi sono formate da una combinazione di quelle più piccole che si fondono insieme e si accumulano di materia“, dice Nipoti. “In altre parole, le galassie nane sarebbero i mattoni con cui sono costruite le altre strutture cosmiche“.

Iscriviti alla newsletter

Email: accetto non accetto
Informazioni su Giuseppe Donatiello 298 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.